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儀表蓋注射模具設計
摘 要
注射模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，是現(xiàn)代生產(chǎn)制造行業(yè)的核心，在大多數(shù)國家，注射模具設計與制造技術已經(jīng)成為衡量一個國家生產(chǎn)制造技術先進與否的關鍵。
本設計以目前最先進的三維高端軟件Pro/e為核心，實現(xiàn)對儀表外殼的三維造型。通過對儀表外殼的工藝、材料分析，選用適當?shù)淖⑸錂C，并擬定合理的注射成型工藝方案。在模具設計中，采用一模四腔的布局。并通過對分型面、澆注系統(tǒng)、成型零部件、頂出脫模機構、冷卻系統(tǒng)的設計，選用適合的標準模架及標準件，完成對儀表外殼的一套完整的模具設計方案。
另外，為得到合格的塑件制品，在模具加工前，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬（CAE）分析，幫助分析潛在的問題，優(yōu)化模具結構、工藝參數(shù)，以便及時修改制件和模具設計。結果表明，同傳統(tǒng)的模具設計相比，CAE技術無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面，都具有很大優(yōu)越性。
關鍵詞：注射模具；三維造型；CAE分析
ABSTRACT
Injection mold is an important tooling for industry products ,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring it’s production technology.
Based on the present advanced 3D software Pro/E , This paper realized the 3D modeling for the instrument shell, analyzed the process and material of instrumentr shell, choosed the proper injection machine ,and roughcast reasonable injection mold design scheme .In the design process ，it used the configuration of four cavity in one plate and architecture of there-plate mould base. And through designing the parting line , running gate system, modeling parts , ejection stripping mechanism , cooling system , choosing adaptive standard mould base and standard parts ,it finished the whole mold design scheme for the Micromotor shell。
In addition ,for getting the qualitative plastic products, before the molding the CAE analysis was been done ,this assist on analyzing the potential problem , optimizing mold structure, technological parameter, so that the mold design could be modified in time. Results proved that CAE technology have great benefits in the field of improving the production efficiency, ensuring the product quality , reducing the cost and the intensity of labor.
Keywords: Injection Mold; 3D Modeling; CAE Analysis
目 錄
摘 要 1
引 言 1
1 塑件分析 2
1.1 塑件結構分析 2
1.2 塑件材料分析 2
2 擬定模具結構形式 4
2.1 確定型腔數(shù)量及排列方式 4
2.2 結構形式的確定 4
3 塑件的相關計算及注塑機的選擇 7
3.1 塑件的計算 7
3.2 注塑機的選擇 7
3.3 注塑機的校核 8
4 分型面位置的確定 9
5 澆注系統(tǒng)形式和澆口的設計 10
5.1 主流道設計 10
5.2 分流道設計 11
5.3 澆口的設計 13
5.4 澆注系統(tǒng)的平衡 14
5.5 冷料穴的設計 15
5.6 拉料桿的設計 15
6 模架的確定 16
7 成型零件的設計 19
7.1 成型零件鋼材選用 20
7.2 成型零件的結構設計 21
7.3 斜導柱抽芯機構設計 23
8 脫模推出機構的設計 28
8.1脫模推出機構的設計原則 28
8.2制品推出的基本方式 28
9 其它機構的設計 29
9.1排氣系統(tǒng)的設計 29
9.2冷卻系統(tǒng)的設計 30
10 開模動作過程 31
11 模具的試模與修模 31
11.1 粘著模腔 31
11.2 粘著模芯 32
11.3粘著主流道 32
11.4 成型缺陷 32
12 滑塊加工工藝卡 33
總 結 35
致 謝 36
參考文獻 37
附表一 38
附表二 39
引 言
塑料工業(yè)是世界上增長最快的工業(yè)之一。自從1990年實現(xiàn)以純粹化學合成方法生產(chǎn)塑料算起，塑料工業(yè)已有90年的歷史。1927年聚氯酰胺，聚甲醛，ABS，聚碳酸酯，聚苯醚與氟塑料等工程塑料發(fā)展迅速，其速度超過聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯與聚苯乙烯等四種通用塑料，使塑件在工業(yè)產(chǎn)品與生活用品方面獲得廣泛的應用，以塑料代替金屬的實例，比比皆是。塑料有著一系列金屬所不及的優(yōu)點，諸如：重量輕，電氣絕緣性好，易于造型，生產(chǎn)效率高與成本低廉等；但也有許多自身的缺欠，諸如：抗老化性，耐熱性，抗靜電性，耐燃性及比機械強度低于金屬。但隨著高分子合成技術，材料改性技術及成型工藝的進步，愈來愈多的具有優(yōu)異性能的塑料高分子材料不斷涌現(xiàn)，從而促使塑料工業(yè)飛躍發(fā)展。
本設計的儀表蓋注射模，介紹了整個注射模的設計過程，實現(xiàn)了理論與實踐相結合。不但豐富了自己的知識面，而且增加了專業(yè)經(jīng)驗，是大學生活中一筆很大的財富。
1 塑件分析
1.1 塑件結構分析
本次設計任務是塑料制品——儀表外殼，壁厚平均為2mm,其形狀及其基本尺寸如圖1-1所示。塑件有著，外觀質量要求一般，表面粗糙度要求很低，因而要求成型情況良好。
塑料：ABS 生產(chǎn)綱領：大批量
圖1-1 產(chǎn)品圖
1.2 塑件材料分析
本次設計的制件根據(jù)實際使用考慮，其材料要求有較高的機械強度及抗拉、抗壓性能要求制件表面光澤度好，化學性能穩(wěn)定。ABS尺寸穩(wěn)定、吸水率小，具有優(yōu)良的彈性及耐沖擊強度，著色性好?；瘜W性能穩(wěn)定。有較好的電氣絕緣性能。
1.2.1成型特點
ABS成型收縮率小，無明顯熔點，通常160℃以上可成型，250℃樹脂開始變色，270℃以上開始分解（其中丁二烯橡膠成分最容易分解，導致制件抗沖擊強度降低）。ABS的熔體流動性與注射溫度和注射壓力都有關系，其中注射壓力稍比注射溫度敏感，成型過程中可從注射壓力如手，以降低其熔體粘度，提高充模性能。模具溫度，注射速度對ABS的電鍍性能，外觀光澤度有較大的影響，在成型過程中，低注射速度為宜，對外觀要求較高的制品模具溫度取較高。ABS內(nèi)應力檢驗以制品浸入煤油中2分鐘不出現(xiàn)裂紋為準或根據(jù)浸入冰醋酸溶液中是否發(fā)生開裂及其開裂的時間長短進行判斷。
表1-1 熱物理性能
密度(g/ cm3)
1.02—1．05
比熱容(J·kg-1K-1)
1255—1674
導熱系數(shù)
(W·m-1·K-1×10-2)
13.8—31.2
線膨脹系數(shù)
(10-5K-1)
5.8—8.6
滯流溫度(°C)
130
表1-2 力學性能
屈服強度（MPa）
50
抗拉強度(MPa)
38
斷裂伸長率(﹪)
35
拉伸彈性模量(GPa)
1.8
抗彎強度(MPa)
80
彎曲彈性模量(GPa)
1.4
抗壓強度(MPa)
53
抗剪強度(MPa)
24
沖擊韌度
(簡支梁式)
無缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺 口
11
表1-3 電氣性能
表面電阻率（Ω）
1.2×1013
體積電阻率（Ω·m）
6.9×1014
擊穿電壓（KV/mm）
\
介電常數(shù)（106Hz）
3.04
介電損耗角正切（106Hz）
0.007
耐電弧性(s)
50—85
2 擬定模具結構形式
根據(jù)模具理論和現(xiàn)場工作的的經(jīng)驗，我們知道精度要求高的小型塑件和中大型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構，對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。
型腔數(shù)量確定之后，便進行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、澆注系統(tǒng)的設計、澆注系統(tǒng)的平衡、抽芯機構的設計、鑲件及型芯的設計以及溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計。以上這些問題又與分型面及澆注口的位置選擇有關，所以在具體設計過程中，要進行必要的調整，以達到比較完善的設計。
2.1 確定型腔數(shù)量及排列方式
在本設計中，由于塑件屬于小型塑件，而且精度要求不是非常高，生產(chǎn)批量較大，因此本設計采用了一模四腔的結構方式，可以大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
考慮到模具成型零件和出模方式的設計，模具的型腔排列方式如下圖所示：
圖2-1排樣圖
2.2 結構形式的確定
本設計的塑件外觀質量要求較高，尺寸精度要求一般。因此我設計的模具的思路是采用多型腔單分型面，也就是一模四腔的形式（如圖2-1），結構的構思是采用：塑料模具的上.下模由凹.凸模組成，（如圖2-2，2-3）；，儀表外殼的內(nèi)部形狀主要是采用小的鑲件的形式。根據(jù)本塑件的結構和表面的質量要求，模具的分型面開模結構形式（如圖2-6）。
在本設計中我主要是利用Pro-e平臺的設計方法（如圖2-6），來進行分模的模擬和結構的設計。
圖2-2 凹模塊圖
圖2-3 凸模塊圖
圖2-6 pro-e分模
圖2-7 一模四腔
3 塑件的相關計算及注塑機的選擇
3.1 塑件的計算
如果采用傳統(tǒng)的計算方法來計算儀表外殼，由于人為的測量誤差和計算誤差，只能得到大概的計算結果，計算結果不是很科學。所以本設計采用了Pro/e軟件進行三維實體設計，其體積、質量等都可準確地自動計算出來，加快了模具的開發(fā)時間和減少了設計人員的勞動強度，是模具發(fā)展的趨勢。表3－1是該軟件自動生成的模型分析報告。
表3－1 模型分析報告
塑件質量屬性
體積㎝3
質量g
塑件在分型面上的投影面積mm2
儀表外殼（四件）
38.72 (9.68×4)
40.64(10.16×4)
14000
3.2 注塑機的選擇
根據(jù)本模具的設計方案，初步選定注射機為浙江塑料機械廠生產(chǎn)的型號為SZ－300/160型臥式注塑機。其基本參數(shù)請見表3－2。
表3-2 注塑機的主要參數(shù)
理論注射容積(cm3)
300
螺桿直徑(mm)
30
注射壓力(MPa)
150
注射速率(g/s)
145
塑化能力(g/s)
82
螺桿轉速(r/min)
14—180
鎖模力(kN)
1600
拉桿內(nèi)間距
(mm)
450×450
移模行程(mm)
380
模具最大厚度(mm)
450
模具最小厚度(mm)
250
鎖模形式
雙曲肘
模具定位孔直徑(mm)
160
噴嘴球半徑(mm)
20
噴嘴口孔徑(mm)
6
模板尺寸(mm)
3.3 注塑機的校核
3.3.1 注射量校核
最大注射量：Vmax＝Vα＝150×0.75＝112.5Error! No bookmark name given. ㎝3
最小注射量：Vmin＝Vmax×0.25＝150×0.25＝37.5㎝3
實際注射量：38.72㎝3
最小注射量<實際注射量<最大注射量
3.3.2 最大注射壓力校核
因為ABS的注射壓力是60－100MPa，而SZ－60/40注塑機的壓力為150 Mp顯然注塑機的注射壓力滿足要求。
3.3.3 鎖模力校核
塑料對模板的壓力為：
F ＝A×P＝14000×10-6×406
＝560000N=560KN
F鎖＝1600KN >560KN 鎖模力足夠
經(jīng)過校核計算 該注塑機的工藝參滿足數(shù)要求
4 分型面位置的確定
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則：
分型面應選在塑件外形最大截面處。
便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。
有利于保證塑件的精度要求。
滿足塑件的外觀質量要求。
便于模具加工制造。
對成型面積的影響。
對排氣效果的影響。
對側向抽芯的影響。
應有利于簡化模具結構。
分型面的選擇，應有利于型腔加工和脫模方便
根據(jù)我所設計的塑件的形狀和加工的難易情況，我把分型面選擇在儀表外殼邊曲面上，這在各方面的原則都比較適合。具體的圖形可以如圖4-1所示：
圖4-1 分型面
5 澆注系統(tǒng)形式和澆口的設計
5.1 主流道設計
5.1.1 流道襯套的設計
主流道尺寸 主流道是一端與注射機噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。主流道小端尺寸d應與所選注射機噴嘴尺寸相適應，要查閱所選注射機的使用說明書，即d= d1（注射機噴嘴直徑）+(0.5～1)，一些具體參數(shù)參看塑模設計教材及設計手冊，在現(xiàn)場設計中應選用標準件。主流道襯套的形式 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式（俗稱澆口套），以便有效的選用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理，一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等，熱處理硬度為53~57HRC。主流道襯套和定位圈設計成整體式用于小型模具，中大型模具設計成分體式。常用澆口套分為有托澆口套和無托澆口套兩種下圖為前者，有托澆口套用于配裝定位圈。澆口套的規(guī)格有Φ12，Φ16，Φ20等幾種。由于注射機的噴嘴半徑為20，所以澆口套的半徑R=21
圖5-1流道襯套示意圖
主流道主要尺寸
主流道小端 d d1+（0.5～1）
主流道球面半徑 SR 噴嘴球面半徑+（1～2）
球面配合高度h 3～5
主流道錐角a 2°～6°
主流道長度L 盡量小于或等于60
主流道大端直徑D D+2Ltg(α/2)
主流道大端倒圓角r D/8
根據(jù)主流道主要尺寸和SZ－300/160注射機的相關數(shù)據(jù)，主流道的設計如圖5-2所示
圖5-2 流道襯套結構圖
因為采用的有托澆口套，所以用定位圈配合固定在模具的定模座板上。定位圈也是標準件，外徑為Φ100mm，內(nèi)徑Φ35mm。具體固定形式如圖5－3
圖5－3主流道襯套固定形式圖
5.2 分流道設計
在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時應設置分流道，分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設計應滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。
5.2.1 分流道的形狀及尺
為了便于加工及凝料脫模，分流道大多設置在分型面上，分流道截面形狀一般為圓形梯形U形半圓形及矩形等，工程設計中常采用梯形截面加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失流動阻力均不大，一般采用下面的經(jīng)驗公式可確定其截面尺寸：
..................................................式1
式中 D―梯形大底邊的寬度（mm）
W―塑件的重量（g）
L―分流道的長度（mm）
在應用式（式1）時應注意它的適用范圍，即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且計算結果在3.2－9.5mm范圍內(nèi)才合理。
本設計的塑料儀表外殼體積為38.72 cm3，質量40.64g，分流道的長度預計設計成70mm長，且有4個型腔。
=4.8939mm 取D=5mm
分流道的截面圖如下圖所示：
圖5-4
圖 5-4 流道
5.2.2 分流道的表面粗糙度
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想，因面分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.60μm左右就可以，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速度和剪切熱。
5.2.3 分流道的布置形式
分流道在分型面上的布置與前面所述型腔排列密切相關，有多種不同的布置形式，但應遵循兩方面原則：即一方面排列緊湊、縮小模具板面尺寸；另一方面流程盡量短、鎖模力力求平衡。本模具的流道布置形式采用平衡式，如（圖5－5）：
圖5－5 流道布置
5.3 澆口的設計
澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的通道，除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質量的影響很大。
5.3.1 澆口的選用
在本設計中，我采用的是側澆口，側澆口是截面形狀為矩形的澆口。一般開在分型面上，可按需要合理選擇澆口的位置，尤其適用與一模多腔。
如圖5-5所示，一般取B=1.5mm～5.0mm，厚h=0.5mm～2mm,（也可取塑件的1/3～2/3），長L=0.7mm～2mm。澆口的形式和尺寸如下：
圖5-6澆口
5.3.2 澆口的位置
模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結構?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：
1.盡量縮短流動距離。
2.澆口應開設在塑件壁厚最大處。
3.必須盡量減少熔接痕。
4.應有利于型腔中氣體排出。
5.考慮分子定向影響。
6.避免產(chǎn)生噴射和蠕動。
7.澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。
8.注意對外觀質量的影響。
綜合這八點原則，同時結合所測繪塑件的實物所留下的澆口印，可以確定澆口的位置如（圖5－7）所示：
圖5－7澆口位置圖
我采用是一個儀表蓋一個側澆口的形式,這樣可以保證塑料在充模時提高澆口的剪切速率,提高塑件的沖模質量。
5.4 澆注系統(tǒng)的平衡
對于中小型塑件的注射模具己廣泛使用一模多腔的形式，設計應盡量保證所有的型腔同時得到均勻的充填和成型。一般在塑件形狀及模具結構允許的情況下，應將從主流道到各個型腔的分流道設計成長度相等、形狀及截面尺寸相同（型腔布局為平衡式）的形式，否則就需要通過調節(jié)澆口尺寸使各澆口的流量及成型工藝條件達到一致，這就是澆注系統(tǒng)的平衡。
5.4.1分流道平衡
對于本設計的四個型腔模具，為了達到各型腔同時充滿的目的，可通過調整分流道的長度及截面面積，改變?nèi)廴谒芰显诟鞣至鞯乐械牧髁?，達到澆注平衡的目的。在多型腔非平衡分流道布置時，由于主流道到各型腔的分流道長度不同或各型腔所需填充流量不同，也可采用調整各澆口截面尺寸的方法，使熔融塑料同時充滿各型腔。
5.5 冷料穴的設計
在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機噴嘴和主流道入口這一小段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機料筒以內(nèi)約10～25mm的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動性能及成型性能不佳，如果這里溫度相對較低的冷料進入型腔，便會產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料穴。冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上（也即塑料流動的轉向處），其標稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的1～1.5倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積。本模具中的冷料穴的具體位置和形狀如（圖5－8）中所示。
圖5－8 冷料穴
5.6 拉料桿的設計
為了保證模具在分型面上分模時能把主流道上的凝料拉出，我在本設計中采用了主流道拉料桿，數(shù)量為一個，其結構如圖5-9所示：
圖5-9 拉料桿
6 模架的確定
以上內(nèi)容確定之后，便根據(jù)所定內(nèi)容設計模架。在生產(chǎn)現(xiàn)場設計中，盡可能選用標準模架，確定出標準模架的形式，規(guī)格及標準代號。
標準件包括通用標準件及模具專用標準件兩大類。通用標準件如緊固件等。模具專用標準件如定位圈、澆口套、推桿、推管、導柱、導套、模具專用彈簧、冷卻及加熱元件，順序分型機構及精密定位用標準組件等。
在設計模具時，應盡可能地選用標準模架和標準件，因為標準件有很大一部分已經(jīng)商品化，隨時可在市場上買到，這對縮短制造周期，降低制造成本時極其有利的，提高公司在市場中的競爭力。
設計模具時，開始就要選定模架。當然選用模架時要考慮到塑件的成型、流道的分布形式以及頂出機構的形式，有抽芯的還要考慮滑塊的大小等等因素。
在設計中我考慮到在生產(chǎn)單位一般是選用標準模架而且我又是用pro/E軟件設計，所以我運用pro/E外掛軟件EMX4.0進行設計，選用標準模架，型號為SA型。其中動模固定板厚（300㎜×350㎜）80㎜，定模固定板厚（300㎜×350㎜）70㎜，動模座板（350㎜×350㎜）厚30mm，定模座板（350㎜×350㎜）厚25mm，墊塊（350㎜×90㎜）厚58mm。
圖6-2定模固定板
圖6-3動模固定板
圖6-4定模座板
圖6-5墊塊
圖6-6動模座板
7 成型零件的設計
注射模具的成型零件是指構成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型桿等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的內(nèi)表面，成型桿用以形成制品的局部細節(jié)。成形零件作為高壓容器，其內(nèi)部尺寸、強度、剛度，材料和熱處理以及加工工藝性，是影響模具質量和壽命的重要因素。
設計時應首先根據(jù)塑料的性能、制件的使用要求確定型腔的總體結構、進澆點、分型面、排氣部位、脫模方式等，然后根據(jù)制件尺寸，計算成型零件的工作尺寸，從機加工工藝角度決定型腔各零件的結構和其他細節(jié)尺寸，以及機加工工藝要求等。此外由于塑件融體有很高的壓力，因此還應該對關鍵成型零件進行強度和剛度的校核。
在工作狀態(tài)中，成型零件承受高溫高壓塑件熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在開模和脫模時需要克服于塑件的粘著力。在上萬次、甚至上幾十萬次的注射周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質量及其穩(wěn)定性，決定了塑件制品的相對質量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，作為高壓容器，它的強度和剛度必須在容許范圍內(nèi)。成型零件的結構，材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。
7.1 成型零件鋼材選用
對于模具鋼的選用，必需要符合以下幾點要求：
機械加工性能良好。要選用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的鋼種。
拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件工作表面，多需要拋光達到鏡面，Ra≤0.05μm。要求鋼材硬度在HRC35～40為宜。過硬表面會使拋光困難。鋼材的顯微組織應均勻致密，極少雜質，無疵斑和針點。
耐磨性和抗疲勞性能好。注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱溫度交變應力作用。一般的高碳合金鋼可經(jīng)熱處理獲得高硬度，但韌性差易形成表面裂紋，不以采用。所選鋼種應使注塑模能減少拋光修模次數(shù)，能長期保持型腔的尺寸精度，達到所計劃批量生產(chǎn)的使用壽命期限。
具有耐腐蝕性。對有些塑料品種，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必須考慮選用有耐腐蝕性能的鋼種。
根據(jù)塑件表面質量比較高決定模具表面質量更高這一事實，再依照上述標準，故在設計成型零件(凹模)中選用國產(chǎn)718。
國產(chǎn)718（3CrNiMnMo）的供貨硬度為HRC30～34，易于切削加工。淬硬溫度為840～870℃，400℃回火硬度可達HRC40～45，耐磨性好且處理過程變形小。由于材質純凈，可作鏡面拋光，還有較好的電加工及抗銹蝕性能。
7.2 成型零件的結構設計
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、凸模、型芯、鑲塊、成型桿等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。
設計成型零件時，應根據(jù)塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
從塑件的實物和零件圖可知塑件的表面有比較多的自由曲面,凹模的配作提出了比較高的要求。用傳統(tǒng)的設計方法設計凹模，有以下幾個缺點：1、自由曲面的設計比較困難；2、凹模上曲面的尺寸不容易表達清楚；3計算量大，設計效率偏低。
在本次設計中采用了proewildfire4.0對成型零件進行設計，并且采用軟件中的先進的分析檢測功能對所設計的模具進行檢測，確保了它的合理性。從而克服以上的缺點。
7.2.1矩形型腔結構尺寸計算
距形型腔是指模具型腔橫截面呈距形的結構。按結構可分為組合式和整體式兩類。
(1) 整體式矩形型腔結構及受力狀況
型腔側壁厚度的計算，按剛度條件，型腔側壁厚度計算式為：
=7.6mm .............................式2
式中 —型腔側壁厚度（mm） —模腔壓力（MPa）
—系數(shù) 查表得0.930 E—鋼的彈性模量，取2.1×Mpa
h—凹模型腔的深度（mm） —型腔允許變形量（mm）
按強度條件，型腔側壁厚度計算式為：
S=7.0mm ................式3
s—型腔側壁厚度（mm） —系數(shù) 查表得2.105
—模腔壓力（MPa） h—凹模型腔的深度（mm）
—材料許用應力（MPa）
在具體設計中考慮到模仁整體尺寸，所以取模仁長寬為205mm×165㎜，通過 Pro/E計算最小壁厚為25㎜，滿足要求。
(2) 底板厚度的計算 模具排樣為一模四腔而且對稱分布所以最大變形發(fā)生在板的中心。
按剛度條件，型腔底板厚度為： ................式4
按剛度條件本設計中的t=7.961mm按強度條件，最大應力也發(fā)生在板中心，底板厚度為：
按強度條件本設計中的hs=7.154mm
在具體設計中考慮到模仁整體尺寸，所以取模仁深度為74㎜，通過 Pro/E計算最小壁厚為25㎜，滿足要求。
塑件收縮率S=（Smax+Smin）/2=0.5% 制造公差取
凸模徑向尺寸計算： ................式5
mm
mm
凹模徑向尺寸： ................式6
mm
=50.25mm
mm
另一類尺寸是沒有標注公差的，它是塑件上次要的、要求比較低的尺寸，在實際 生產(chǎn)過程中，為了簡化計算，這一類尺寸在計算時往往只另上它的收縮量，公差則按模具的經(jīng)濟制造精度取得。
塑件上無公差要求的成型零件工作尺寸計算（見附表1）
各成型零件的設計尺寸請參考其零件圖。
7.3 斜導柱抽芯機構設計
7.3.1工作原理
斜導柱抽芯機構由與模具開模方向成一定角度的斜導柱和滑塊組成，并有保證抽芯動作穩(wěn)妥可靠的滑塊定位裝置和鎖緊裝置。
(1)抽拔力 抽拔力F可用下式計算：
=502.4N ................式7
式中：——塑件對型芯產(chǎn)生的單位正壓力（包緊力），一般P=812MPa;薄件取小值，厚件取大值；此處我選10MPa
A——塑件包圍型心的側面積
——因塑件收縮對型芯產(chǎn)生的正壓力
==69.386 ................式8
f——摩擦系數(shù);一般取f=0.151.0
——脫模力（N）
a——脫模斜率40`
=75.239N ................式9
=144.625N
斜導柱受彎曲力計算：
=168.53N ................式10
式中：——斜導柱傾斜角 N——斜導柱所受彎曲力，N；
——摩擦角，tan=f f——摩擦因數(shù)，一般取f=0.5；
Q——抽拔阻力（N）；
(2)軸芯距 將型芯從成型位置抽至不妨礙塑件脫模的位置，型芯或滑塊所移動的距離稱為抽芯距。一般來說，抽芯距等于側孔深度加2mm3mm的安全距離。
其計算公式為： S=h+(23) S=5mm
式中：H——斜導柱完成抽芯距所需開模行程，mm；
——斜導柱傾斜角 S——抽芯距，mm；
(3)斜導柱傾斜角 傾斜角的大小關系到斜導柱所承受的彎曲力和實際達到的抽拔力，也關系到斜導柱的工作長度、抽芯距和開模行程。為保證一定的抽拔力及斜導柱的強度，取小于25°，一般12°15°內(nèi)選取。在設計中我取15
(4)斜導柱直徑 根據(jù)材料力學可以推導出斜導柱直徑計算公式：
=5.01mm ................式11
在設計中取d=12mm.
式中： N——斜導柱所受彎曲力N ——斜導柱的有效工作長度m；
——斜導柱直徑m ——彎曲許用應力，對于碳鋼可取258。
7.3.2斜導柱的長度計算
斜導柱的有效工作長度L與抽芯距S、斜導柱傾斜角及滑塊與分型面傾角有關。通常為零。所以，。
斜導柱總長度還與導柱直徑、固定板厚度有關，如圖（圖7-3）所示。
................式12
=90mm
圖7-3斜導柱的長度
通常，斜導柱的有關參數(shù)計算主要是掌握傾斜角與抽芯距及斜導柱長度、開模行程的關系計算。其他諸如抽拔力、斜導柱直徑等一般憑經(jīng)驗確定。
7.3.3 斜導柱抽芯機構的結構設計
(1)斜導柱 斜導柱的形狀如圖（圖7-4）所示。斜導柱的材料用45鋼，淬火后硬度為35HRC，或采用T8,T10等，淬火55HRC以上。斜導柱與固定板之間用H7/m6配合。由于斜導柱主要起驅動滑塊作用，滑塊的平穩(wěn)性由導滑槽與滑塊間的配合精度保證，因此，滑塊與斜導柱間可采用較松的間隙配合H11/h11或留0.5mm1mm的間隙。
圖7-4斜導柱
(2)滑塊 滑塊分整體式和組合式兩種。組合式是將側抽芯安裝在滑塊上，這樣可以省材料，且加工方便。圖（圖7-5）所示為這里設計的滑塊結構。
圖7-5滑塊
(3)滑塊的導滑形式 滑塊的導滑形式如圖（圖7-6）所示，導滑部分通常采用H8/g7配合。
導滑槽與滑塊還要保持一定的配合長度?；瑝K的滑動配合長度通常要大于滑塊的寬度的1.5倍，滑塊完成抽拔動作后，保留在導滑槽內(nèi)的長度不應小于導滑配合長度的2/3。
圖7-6滑塊的導滑形式
(4)滑塊定位裝置 滑塊的定位裝置用于保證開模后滑塊停留在剛剛脫離斜導柱的位置上，使合模時斜導柱能準確地進入滑塊上的斜導孔內(nèi)，不致?lián)p壞模具。各種結構總圖所示。
7.3.4合模導向機構的設計
一般導向分為動、定模之間的導向，推板的導向，推件板的導向。一般導向裝置同于受加工精度的限制或使用一段時間之后，其配合精度降低，會直接影響制品的精度，因此對精度要求較高的制品必須另行設計精密導向定位裝置。
當采用標準模架時，模架本身帶有導向裝置，一般情況下，設計人員只要按模式架規(guī)格選用即可。若需采用精密導向定位裝置，則須由設計人員根據(jù)模具結構進行具體設計。本設計中的導柱導套是主要是根據(jù)所設計的模板來設計適當?shù)姆菢藴始膶е鶎住?
圖
圖7-8 導柱
8 脫模推出機構的設計
8.1脫模推出機構的設計原則
制件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質量的好壞將最后決定制品的質量，因此，制品的推出是不可忽視的。在設計推出脫模機構時應遵循下列原則。
推出機構應盡量設置在動模一側 由于推出機構的動作時通過裝在注射機合模機構上的頂桿來驅動的，所以一般情況下，推出機構設在動模一側。正因如此，在分型面設計時應盡量注意，開模后使塑件能留在動模一側。
保證塑件不因推出而變形損壞 為了保證塑件在推出過程中不變形、不損壞，設計時應仔細分析塑件對模具的包緊力和粘附力的大小，合理的選擇推出方式及推出位置。推力點應作用在制品剛性好的部位，如筋部、凸緣、殼體形制品的壁緣處，盡量避免推力點作用點作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如殼體制件及筒形制件度采用推板推出。從而使塑件受力均勻、不變形、不損壞。
3.機構簡單動作可靠 推出機構應使推出動作可靠、靈活，制造方便，機構本身要有足夠的強度、剛度和硬度，以承受推出過程中的各種力的作用，保證塑件順利脫模。
良好的塑件外觀 推出塑件的位置應盡量設在塑件內(nèi)部，或隱蔽面和非裝飾面，對于透明塑件尤其要注意頂出位置和頂出形式的選擇，以免推出痕跡影響塑件的外觀質量。
合模時的真確復位 設計推出機構時，還必須考慮合模時機構的正確復位，并保證不與其他模具零件相干涉。
8.2制品推出的基本方式
推桿推出。推桿推出時一種基本的也是一種常用的制品推出方式。常用的推桿形式有圓形、矩形、“D”形。
推件板推出。對于輪廓封閉且周長較長的制品，采用推件板推出結構。推件板推出部分的形狀根據(jù)制品形狀而定。
氣壓推出。對于大型深型腔制品，經(jīng)常采用或輔助采用氣壓推出方式。
本套模具的推出機構形式較為簡單，全部采用頂桿(圓形)和推管推出。具體位置見
圖8-1 頂桿
9 其它機構的設計
9.1排氣系統(tǒng)的設計
在注射成型過程中,模具內(nèi)除了型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣外,還有塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體,這些氣體若不能被熔融塑料順利排出型腔,則可能因填充時氣體被壓縮而產(chǎn)生高溫,引起塑件局部碳燒焦,或使塑件產(chǎn)生氣泡,或使塑料熔接不良而引起塑件強度降低,甚至阻礙塑料填充等。為了使這些氣體從型腔中及時排出，在設計模具時必須考慮排氣的問題。
排氣方式有開設排氣槽排氣和利用分型面或模具零件的配合間隙處自然排氣等。因利用模具分型面或配合間隙自然排氣不需開設專門的排氣槽，設計和加在都比較方便，而儀表蓋屬小型零件。故排氣就是利用模具分型面和配合間隙自然排氣。排氣的間隙值根據(jù)ABS的流動性而定。通常為0.030.05mm，以不產(chǎn)生溢料為限。取0.03mm。
9.2冷卻系統(tǒng)的設計
模具的冷卻就是將熔融狀態(tài)的塑料傳給模具的熱量，盡可能迅速地全部帶走，以便塑件冷卻定型，并獲得最佳的塑件質量。
模具的冷卻方式有：水冷卻，液化氣冷卻和油冷卻等，這里選擇水冷卻方式。
冷卻形式一般在型腔，型芯等部位合理的設置冷卻通道，并通過調節(jié)冷卻水流量及流速來控制模溫。
9.2.1冷卻通道的設計原則
設置冷卻通道需考慮模具結構形式,模具的大小,鑲塊位置,以及塑件熔接痕位置等諸因素,其設計原則如下:
冷卻通道離凹模壁不宜太遠或太近,以免影響冷卻郊果和模具的強度,其距離一般為冷卻通道直徑的12倍。
在模具結構允許的情況下，冷卻通道的孔徑盡量大，冷卻回路的數(shù)量盡量多，這樣冷卻會愈均勻。
應與厚度相適應。塑件壁厚基本均勻時，冷卻通道與型腔表面各處的距離最好相同，即冷卻通道的排列與型腔的形狀相吻合。塑件局部壁厚處應增加冷卻通道 ，加強冷卻。
冷卻通道不應通過鑲塊和鑲塊接縫處，以防止漏水。
冷卻通道內(nèi)不應有存水和產(chǎn)生回流的部位，應暢通無阻。冷卻通道直徑一般為812。進水管直徑的選擇，應使進水處的流速不超過冷卻通道中的水流速度，要避免過大的壓力降。
澆口附近溫度最高，距澆口愈遠溫度愈低，因此，澆口附近濁應加強冷卻，通?？墒估渌攘鹘?jīng)澆口附近，然后再流向澆口遠端。
冷卻通道要避免接近塑件的熔接部位，以免使塑件產(chǎn)生熔接痕，降低塑件強度。
進出口冷卻水溫差不宜過大，避免造成模具表面冷卻不均勻。
凹模和凸模要分別冷卻，要保證冷卻的平衡，而且對凸模內(nèi)部的冷卻要注意水道穿過凸模與模板接縫處時進行密封，以防漏水。
要防止冷卻通道中的冷卻水泄漏，水管民水嘴連接處必須密封。水管接頭的部位，要設置在不影響操作的方向，通常朝向注射機的背面。
9.2.2冷卻裝置的形式
(1)溝道式冷卻
(2)管道式冷卻
(3)導熱桿式冷卻
本設計選擇冷卻管的直徑是8MM。選擇管道式冷卻形式。具體請參看裝配圖。
10 開模動作過程
一模四腔，開模時，動定模分開,斜導柱帶動滑塊將側型芯從側向抽出，塑件包覆在型芯表面，澆注系統(tǒng)凝料被拉料桿拉住隨動模一起移動，推料桿將塑件從型芯上推出，從而使塑件自然下落動，合模時，復位桿將其復位。直到模具完全合上開始另外一個注射周期。
11 模具的試模與修模
試模中所獲得的樣件是對模具整體質量的一個全面反映。以檢驗樣件來修正和驗收模具，是塑料模具這種特殊產(chǎn)品的特殊性。
首先，在初次試模中我們最常遇到的問題是根本得不到完整的樣件。常因塑件被粘附于模腔內(nèi)，或型芯上，甚至因流道粘著制品被損壞。這是試模首先應當解決的問題。
11.1 粘著模腔
制品粘著在模腔上，是指塑件在模具開啟后，與設計意圖相反，離開型芯一側，滯留于模腔內(nèi)，致使脫模機構失效，制品無法取出的一種反?，F(xiàn)象。其主要原因是：
注射壓力過高，或者注射保壓壓力過高。
注射保壓和注射高壓時間過長，造成過量充模。
冷卻時間過短，物料未能固化。
模芯溫度高于模腔溫度，造成反向收縮。
型腔內(nèi)壁殘留凹槽，或分型面邊緣受過損傷性沖擊，增加了脫模阻力。
11.2 粘著模芯
注射壓力和保壓壓力過高或時間過長而造成過量充模，尤其成型芯上有加強筋槽的制品，情況更為明顯。
冷卻時間過長，制件在模芯上收縮量過大。
模腔溫度過高，使制件在設定溫度內(nèi)不能充分固化。
機筒與噴嘴溫度過高，不利于在設定時間內(nèi)完成固化。
可能存在不利于脫模方向的凹槽或拋光痕跡需要改進。
11.3粘著主流道
閉模時間太短，使主流道物料來不及充分收縮。
料道徑向尺寸相對制品壁厚過大，冷卻時間內(nèi)無法完成料道物料的固化。
主流道襯套區(qū)域溫度過高，無冷卻控制，不允許物料充分收縮。
主流道襯套內(nèi)孔尺寸不當，未達到比噴嘴孔大0.5～1㎜。
主流道拉料桿不能正常工作。
一旦發(fā)生上述情況，首先要設法將制品取出模腔（芯），不惜破壞制件，保護模具成型部位不受損傷。仔細查找不合理粘模發(fā)生的原因，一方面要對注射工藝進行合理調整；另一方面要對模具成型部位進行現(xiàn)場修正，直到認為達到要求，方可進行二次注射。
11.4 成型缺陷
當注射成型得到了近乎完整的制件時，制件本身必然存在各種各樣的缺陷，這種缺陷的形成原因是錯綜復雜的，一般很難一目了然，要綜合分析，找出其主要原因來著手修正，逐個排出，逐步改進，方可得到理想的樣件。下面就對度模中常見的成型制品主要缺陷及其改進的措施進行分析。
11.4.1 注射填充不足
所謂填充不足是指在足夠大的壓力、足夠多的料量條件下注射不滿型腔而得不到完整的制件。這種現(xiàn)象極為常見。其主要原因有：
(1)熔料流動阻力過大 這主要有下列原因：主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形狀、尺寸不利于熔料流動。盡量采用整圓形、梯形等相似的形狀，避免采用半圓形、球缺形料道。熔料前鋒冷凝所致。塑料流動性能不佳。制品壁厚過薄。
(2)型腔排氣不良 這是極易被忽視的現(xiàn)象，但以是一個十分重要的問題。模具加工精度超高，排氣顯得越為重要。尤其在模腔的轉角處、深凹處等，必須合理地安排頂桿、鑲塊，利用縫隙充分排氣，否則不僅充模困難，而且易產(chǎn)生燒焦現(xiàn)象。
(3)鎖模力不足 因注射時動模稍后退，制品產(chǎn)生飛邊，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。應調大鎖模力，保證正常制件料量。
11.4.2 溢邊
與第一項相反，物料不僅充滿型腔，而且出現(xiàn)毛刺，尤其是在分型面處毛刺更大，甚至在型腔鑲塊縫隙處也有毛刺存在，其主要原因有：
注射過量 鎖模力不足 流動性過好 模具局部配合不佳 模板翹曲變形
11.4.3制件尺寸不準確
初次試模時，經(jīng)常出現(xiàn)制件尺寸與設計要求尺寸相差較大。這時不要輕易修改型腔，應行從注射工藝上找原因。
(1）尺寸變大 注射壓力過高，保壓時間過長，此條件下產(chǎn)生了過量充模，收縮率趨向小值，使制件的實際尺寸偏大；模溫較低，事實上使熔料在較低溫度的情況下成型，收縮率趨于小值。這時要繼續(xù)注射，提高模具溫度、降低注射壓力，縮短保壓時間，制件尺寸可得到改善。
(2)尺寸變小 注射壓力偏低、保壓時間不足，制在冷卻后收縮率偏大，使制件尺寸變??；模溫過高，制件從模腔取出時，體積收縮量大，尺寸偏小。此時調整工藝條件即可。
通過調整工藝條件，通常只能在極小范圍內(nèi)使尺寸京華，可以改變制件相互配合的松緊程度，但難以改變公稱尺寸。
12 滑塊加工工藝卡
12.1滑塊加工方案的選擇
這是一個帶有斜導柱孔的滑塊。加工主要應保證各平面的加工精度和表面粗糙度，固定側型芯圓孔的位置精度和尺寸要求。
一般地講，對不同精度要求的滑塊加工工藝方案也不同，可以有如下選擇（僅對滑塊平面加工而言）：
粗刨－粗磨難 （ IT8IT9，Ra= 10252.5um ）
粗刨－半精刨 ( IT8IT9, Ra=2.510um )
粗刨－半精刨－精刨 (IT7IT8, Ra=0.632.5 )
粗刨－精刨－精磨 ( IT6, Ra=0.161.25 )
粗銑－精銑 ( IT8~IT10, Ra=0.632.5 )
粗銑－精銑－粗磨－精磨 (IT6IT7,Ra=0.321.25)
圖12-1 滑塊圖
根據(jù)上面的圖所示要求和以上工藝方案情況，其工藝過程可選擇如下：
鍛造毛坯 ――退火 ――粗加工